استنلس استیل 17/4PH

در خانواده‌ی بزرگ آلیاژهای فولاد، گریدهای مختلف با ساختارهای متالورژیکی خاص و ویژه‌ی خود، طیف وسیعی از خواص را ارائه می‌دهند. در این میان فولادهای رسوب سخت شونده (Precipitation Hardening – PH ) به دلیل ویژگی‌های خاص خود، کاربردهای گسترده‌ای در طیف وسیعی از صنایع دارند.

استنلس استیل 17/4PH که به استنلس استیل 630 نیز شناخته می‌شود، عضوی از گروه فولادهای ضد زنگ رسوب سخت است که به واسطه‌ی تعادل بی‌نظیر بین استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی، جایگاه ویژه‌ای در میان آلیاژها پیدا کرده است و از جمله گریدهای پر مصرف این دسته به شمار می‌آید. گفتنی است که این نوع از فولاد به واسطه‌ی عملیات حرارتی خاصی که روی آن صورت می‌پذیرد، قابلیت سختی پذیری فوق العاده‌ای دارد. همچنین چقرمگی، استحکام و مقاومت به خوردگی این گرید بسیار خوب است. در ادامه این مطلب از استیل رخ به بررسی دقیق‌تر خواص و ویژگی‌های 17/4PH خواهیم پرداخت.

 

ویژگی‌های کلیدی استنلس استیل17/4PH

ترکیب شیمیایی

در میان مشخصات این نوع از فولاد (استیل 17/4PH)، ابتدا سراغ مهمترین خصوصیت آن یعنی ترکیبات شیمیایی آن رفته‌ایم که در جدول زیر آورده شده است:

گرید فولاد	آهن (Fe)	کربن (C)	منگنز (Mn)	سیلیسیم (Si)	فسفر (P)	گوگرد (S)	کروم (Cr)	تانتالیوم (Ta)	نیوبیوم (Nb)	نیکل (Ni)	مس (Cu)
17-4PH	73	0.07	1	1	0.04	0.03	15-17.5	0.45	0.45	3-5	3-5

 

خواص مکانیکی

در جدول زیر نیز می‌توانید ویژگی‌های مکانیکی استنلس استیل 17/4PH را مشاهده نمایید:

شرایط آلیاژ	شرایط سخت کاری		استحکام کششی(MPa)	استحکام تسلیم 0.02%(MPa)	ازدیاد طول(%)	سختی
	زمان (h)	دما (°C)				برینل (HB)	راکول سی (HRC)
A			1105	1000	115	363	38
H900	1	480	1310	1170	10	388	40
H925	4	495	1170	1070	10	375	38
H1025	4	550	1070	1000	12	331	35
H1075	4	580	1000	860	13	311	32
H1100	4	595	965	795	14	302	31
H1150	4	620	930	725	16	277	28

 

خواص فیزیکی 

در جدول زیر شاخص‌ها و خواص فیزیکی استنلس استیل 17/4PH عنوان شده است:

گرید فولاد	چگالی (Kg/m3)	مدول الاستیک (GPa)	مقاومت الکتریکی (nΩ.m)	ضریب انبساط حرارتی	هدایت حرارتی (W/m.K)	گرمای ویژه (J/kg.K)
17-4PH	7750	196	800	10.8	17.9	460

 

استانداردهای استنلس استیل 17/4PH

لازم به ذکر است که استیل زنگ نزن 17/4PH در استانداردهای گوناگون اروپایی، آمریکایی و… با نام‌های مختلفی شناخته می‌شود که در جدول زیر آمده است:

گرید فولاد	شماره UNS	استاندارد بریتانیایی		استاندارد اروپایی (Euronorm)		استاندارد آمریکایی (AISI)	استاندارد ژاپنی (JIS)
		BS	EN	شماره	نام
17-4PH	S17400	904S13	–	1.4542	X5CrNiCuNb16-4	630	SUS 630

 

جایگزین‌های استنلس استیل 17/4PH

از آنجایی که انتخاب جایگزین مناسب برای این گرید به بررسی دقیق نوع کاربرد، فاکتورهای محیطی و تنش‌های وارده و الزامات اقتصادی آن بستگی دارد لازم است جایگزین‌ این نوع از استیل با در نظر گرفتن این فاکتورهای اساسی بررسی و انتخاب گردد.

یکی از بهترین جایگزین‌ها برای این نوع از استیل ضدزنگ، گرید 904Lاست که از مقادیر بالای کروم، نیکل و مولیبدن برخوردار است و مقاومت به خوردگی فوق العاده‌ای دارد. البته گفتنی است که قیمت بالای این گرید از جمله مواردی است که در بعضی موارد می‌تواند چالشی برای برخی کاربردها باشد. برخی از جایگزین‌های دیگر که با عملکردی مشابه و البته مقرون به صرفه‌تر در جدول زیر قابل مشاهده است.

گرید فولاد	دلیل جایگزینی با 17/4PH
431	چقرمگی بالاتر نسبت به 17/4PH
416	قابلیت ماشینکاری بهتر نسبت به استیل 17/4PH. قیمت کمتر با مقاومت در برابر خوردگی کمتر
316	نسبت به استیل 17/4PH دارای مقاومت به خوردگی بسیار بهتری است اما استحکام کمتری دارد
2205	مقاومت به خوردگی بهتری دارد اما استحکام آن کمتر است

خواص استنلس استیل 17/4PH

در این بخش به بررسی ویژگی‌های کلیدی استیل 17/4PH می‌پردازیم.

مقاومت در برابر خوردگی

استیل 17/4PH به واسطه‌ی مقاومت بسیار بالای خود در محیط‌های خورنده در برخی از صنایع کاربرد دارد. گفتنی است که این آلیاژ از نظر مقاومت به خوردگی هم‌تراز با استیل 304 است و البته همانند استیل 304 در محیط‌های کلریدی گرم از نظر خوردگی حفره‌ای آسیب‌پذیر است. یکی از نقاط قوت قابل ذکر در مورد 17/4PH ، مقاومت به ترک خوردگی تنشی آن در دماهای بالاتر از 550 درجه سانتی گراد است. این خاصیت، مدیون فرآیند پیرسازی است که بر روی این آلیاژ انجام می‌شود.

نکته:

نکات حائز اهمیت زیر ملاحظات مربوط به خوردگی این آلیاژ هستند که لازم است حتما نسبت به رعایت آنها اقدامات مناسب صورت پذیرد:

• مطابق با استاندارد NACE MR0175، استفاده از استیل 17/4PH در محیط‌های حاوی اسید سولفوریک تنها در صورتی مجاز است که این آلیاژ تحت عملیات حرارتی دو مرحله‌ای (Double age hardening) قرار گرفته باشد.
• به کارگیری این آلیاژ در حالت آنیل شده برای محیط‌های خورنده، توصیه نمی‌شود.

مقاومت در برابر حرارت و اکسیداسیون

این آلیاژ به طور کلی از مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون بسیار خوبی برخوردار است. با این حال، جهت حفظ این خواص، توجه به چند نکته‌ی اساسی ضروری است:

• از قرار دادن استیل 17/4PH در معرض دماهای بالاتر از دمای پیرسازی آن (معمولاً حدود 550 درجه سانتی‌گراد) به دلیل افت خواص مکانیکی و سختی این آلیاژ، اجتناب نمایید.
• همچنین لازم است دقت داشته باشید که
• قرارگیری طولانی مدت این گرید (بیش از چند ساعت) در محدوده دمایی 370 تا 480 درجه سانتی‌گراد نیز می‌تواند سبب کاهش تدریجی خواص آن شود.

عملیات حرارتی

استیل 17/4PH از جمله آلیاژهایی است که با انجام عملیات حرارتی مناسب، می‌توان خواص آن را به شکل چشمگیری ارتقا داد. در ادامه قصد داریم، به شرح مراحل مختلف عملیات حرارتی این آلیاژ بپردازیم:

1. آنیلینگ: با هدف یکنواخت کردن ساختار میکروسکوپی آلیاژ و به عنوان اولین مرحله‌ی این پروسه آنیلینگ انجام می‌گیرد. برای این منظور فولاد زنگ نزن 17/4PH را در دمای 1038 درجه سانتی‌گراد، به مدت زمان کافی (بسته به ابعاد و ضخامت) نگه داشته و سپس آن را به سرعت سرد می‌نمایند.

مطلب عملیات آنیلینگ استیل چگونه است؟ را از ما بخوانید.

1. محلول‌سازی(A): گام دوم این عملیات وظیفه‌ی حل کردن کاربیدها و نیتریدها در ساختار آلیاژ و آماده‌سازی آن برای پیرسازی را دارد. برای محلول‌سازی استیل 17/4PH آن را تا دمایی بالاتر از 1040 درجه سانتی‌گراد گرم کرده و تا مدتی (بسته به ابعاد و ضخامت) در این دما نگاه می‌دارند. جهت خنک‌کاری قطعات نیز با توجه به هندسه و ابعاد آلیاژ، آن را درون روغن و یا هوا خنک می‌کنند (قطعات کوچک درروغن و قطعات بزرگ نیز در مجاورت هوا خنک می‌شوند).
2. پیرسازی: آخرین مرحله در فرایند عملیات حرارتی مربوط به پیرسازی است که موجب رسوب ذرات ریز و سخت در ساختار آلیاژ شده و استحکام و سختی آن را افزایش می‌دهد. دمای پیرسازی استیل رسوب سخت 17/4PH با توجه به خواص مورد نیاز تعیین می‌شود. طی این عملیات ذراتی در ساختار رسوب می‌کنند و باعث افزایش استحکام و سختی این آلیاژ می‌شوند. علت نامگذاری این گریدها به استیل رسوب سخت نیز همین مورد می‌باشد. طی این فرآیند تغییر رنگ در سطح قطعه قابل مشاهده است. همچنین میزان بسیار کمی نیز انقباض در ابعاد قطعه رخ می‌دهد. این مقدار درشرایط H900 تقریبا 0.05% و در شرایط H1150 برابر 1% می‌باشد. در جدول زیر دماهای پیرسازی برای این آلیاژ مشخص شده است.

جدول دماهای پیرسازی استیل 17/4PH :

شرایط پیرسازی	دما	زمان	محیط خنک کاری
H900	482	4	هوا
H925	496	4	هوا
H1025	551	4	هوا
H1075	580	4	هوا
H1100	593	4	هوا
H1150	620	4	هوا
H1150M	760 درجه سانتی‌گراد به مدت 2 ساعت و سپس 620 درجه سانتی‌گراد به مدت 4 ساعت(خنک کاری در هوا)
H1150D	760 درجه سانتی گراد 2 ساعت و در همان دما 4 ساعت دیگر(خنک کاری در هوا)

جوشکاری

استیل 17/4PH را می‌توان با استفاده از روش‌های مختلف جوشکاری کرد. روش‌های GTAW، SMAW، GMAW و PAW از جمله روش‌های رایج برای جوشکاری این گرید از استیل هستند. ذکر این نکته لازم است که روش جوشکاری اکسی استیلن برای این آلیاژ مناسب نمی‌باشد.

شکل‌دهی گرم

شکل‌پذیری استیل 17/4PH در حد متوسط است. مراحل و نکات مربوط به شکل‌دهی گرم این آلیاژ به شرح زیر است:

1. فورجینگ: در دمای 1010 درجه سانتی‌گراد می‌توان این استیل را فورج کرد. البته بهتر است که پیش از فرآیند فورج تا در دمای 1177 درجه سانتی‌گراد گرم شود (به طور کلی فرآیندهای شکل‌دهی گرم در محدوده‌ی‌ دمایی 950 تا 1200 درجه سانتی‌گراد انجام می‌گیرد).

بیشتر بخوانید: فورج فولاد یا فورجینگ چیست؟

1. در انتها و پس از طی مرحله‌ی شکل‌دهی، فرآیند سلوشن و یا محلول‌سازی (Solution Treatment) بر روی آلیاژ انجام می‌شود. این مرحله با هدف مرتفع کردن تنش‌های داخلی ایجاد شده و ایجاد آمادگی دراین آلیاژ برای رسیدن به خواص مکانیکی مطلوب صورت می‌گیرد.

شکل‌دهی سرد

شکل دهی سرد استیل 17/4PH ضعیف است و فرآیند شکل‌دهی آن نیز تنها در حالت آنیل شده قابل انجام است. پس از انجام فرآیند شکل‌دهی سرد این آلیاژ، در صورت پیرسازی در دمای مناسب، مقاومت آن در برابر خوردگی تنشی افزایش می‌یابد.

برای آشنایی با انواع روش های شکل دهی ورق استیل، مطلب آن را در بلاگ استیل رخ مطالعه کنید.

قابلیت ماشینکاری

استیل 630 (17/4PH) را می‌توان در هر دو شرایط سلوشن و یا پیرسازی شده ماشینکاری کرد. جهت ماشینکاری این آلیاژ لازم است که حتما از روانکار مناسب استفاده شود. انتخاب ابزار مناسب برای ماشینکاری این گرید، با توجه به سختی و شرایط عملیات حرارتی قطعات صورت می‌گیرد. همچنین چنانچه طی عملیات ماشینکاری، تغییر ابعاد قطعات نیز مدنظر باشد این مهم پس از عملیات حرارتی امکان‌پذیر می‌باشد.

کاربردهای استنلس استیل 17/4PH

استیل 17-4PH به دلیل مقاومت خوب در برابر خوردگی و همچنین استحکام بالا، ازکاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف برخوردار است که در زیر به برخی از کاربردهای آن اشاره شده است :

• راکتورهای هسته‌ای
• موتور هواپیماها و توربین‌های گازی
• میادین نفتی
• اجزای تجهیزات فراوری شیمیایی

در صورت تمایل جهت خرید ورق استیل و دیگر اقلام استیل با کارشناسان ما در استیل رخ در تماس باشید.

سخن آخر

همانطور که در بالا بطور مفصل توضیح داده شد، استیل رسوب سخت شونده 17/4PH یکی از پرکاربردترین گریدهای استیل در این خانواده است که مقاومت به خوردگی و استحکام بسیار بالایی دارد. ویژگی‌های مطلوب این گرید شامل قابلیت سخت شدن، شکل‌پذیری و جوشکاری کاربردهای آن را در صنایع مختلفی مانند صنعت نفت و گاز، صنایع هوایی و … افزایش داده است.

در این مقاله سعی شد ویژگی‌های مختلف این گرید از فولادهای ضد زنگ به طور کامل باز و شرح داده شود. با این حال چنانچه سوالی در این حوزه برای شما باقی ماند می‌توانید با مشاورین مجرب و متخصصین زبده‌ی حوزه‌ی استنلس استیل در مجموعه استیل رخ در تماس باشید.